晶体管—达林顿管概念

电子电容全能解 2024-09-12 15:57:03

晶体管构建的放大电路,集电极电流随着基极电流变化而变化。想要提高功率放大电路的输出功率,就需要使大量电流流过负载。

一般晶体管的hFE在100到几百之间。使用几十uA的基极电流可以控制几十mA的集电极电流。当电路应用场景中需要几百mA,甚至几A集电极电流时,基极电流就需要达到几十mA或者更大了。

只是放大电路中前级的电压放大电路(共射极放大电路),它的输出电流只有几mA。此电流作为后级放大电路(射极跟随器)的基极输入电流,很难使后级放大电路输出大电流到负载端。特别是应用在功率放大场景的晶体管,它的hFE大多数都在100左右。

下图是射极跟随器接在共射极放大电路的后面,组合成输出阻抗较小的放大电路。如下图,Q1是共射极放大电路。Q2是射极跟随器电路。如上描述,Q1的Ic电流只有几mA,它作为Q2的基极电流输入,很难使Q2的输出电流Ie很大。即没办法生成大电流到负载R4。

此时需要达林顿电路实现此需求。它是由两个或者多个晶体管按一定的方式连接。将多个晶体管的输入和输出特性进行叠加和增强,从而得到更高的电流放大倍数。在达林顿管中,由于第一个三极管的集电极电流作为第二个三极管的基极电流,这导致整个达林顿管的输入电阻增大。输入电阻的增大有助于减小输入电路对信号源的影响,提高信号的稳定性。它还有助于改善其温度稳定性。当温度升高时,各个三极管的参数虽然会发生变化,但由于它们之间的连接关系,这些变化往往能够相互抵消或部分抵消,从而减小整个达林顿管性能的温度漂移。

下图是达林顿电路。左边由NPN晶体管构建,右边由PNP晶体管构建。

以左边的NPN电路为例,第一个三极管的集电极直接连接到第二个三极管的基极。这种连接方式使得第一个三极管放大的电流进一步被第二个三极管放大,从而实现了电流放大特性的叠加。

Ic1=IB1 * hFE1

IB2=Ic1

Ic2=IB2*hFE2=IB1*hFE1*hFE2

假设hFE1=hFE2=100,此电路可以用100uA的IB1去控制1A的Ic2,相当于整体的hFE=10000.

右边的PNP电路类似,只是电流方向相反。

此电路是用2个晶体管构建,它会导致VBE比单晶体管电路大一倍。达林顿电路的VBE大约在1.2V,单晶体管电路的VBE大约在0.6V。

如下图用右边的NPN达林顿管取代上述电路中的Q2,可以使输出端提供更大的输出电流。

在音响设备、收音机和扬声器等音频处理设备中,达林顿管能够实现对音频信号的高效放大,提升音质和音量。

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